Всеобщий закон сохранения и превращения энергии
Важным событием в развитии представлений о теплоте стало открытие закона о
взаимной превращаемости механической работы и теплоты. Этот закон впервые
сформулировал немецкий врач Юлиус Майер (1814-1878) в 1840-1842 гг.
Идея о сохранении и превращении энергии или «сил», как в то время говорили,
основывалась на многочисленных экспериментальных фактах, и «ждала своего часа»,
чтобы быть сформулированной в виде закона. Известно высказывание на этот счет
Фарадея в 1840г.:
«Мы имеем много процессов, при которых форма силы может претерпеть
такие изменения, что происходит ясное превращение ее в другую. Так, мы можем
превратить химическую силу в электрический ток или ток в химическую силу.
Прекрасные опыты Зеебека и Пельтье показывают взаимную превращаемость
теплоты и электричества, а опыты Эрстеда и мои собственные показывают вза-
имную превращаемость электричества и магнетизма. Но ни в одном случае... нет
чистого сотворения силы, нет производства силы без соответствующего
израсходования чего-либо, что питает ее».
Майер в 1840-1841 гг. участвовал в плавании на остров Яву как корабельный
врач. Он заметил, что цвет венозной крови матросов в тропиках значительно светлее,
чем в северных широтах. Для объяснения изменения цвета венозной крови он
предположил, что существует связь между потреблением вещества и образованием
тепла. Он установил также, что количество окисляемых продуктов в организме
человека растет с увеличением выполняемой им работы. Эти наблюдения привели его
к мысли о том, что теплота и механическая работа могут превращаться друг в друга.
Закон сохранения и превращения энергии Майер сформулировал и подробно
изложил, вычислив механический эквивалент теплоты, в 1845 г. в работе
«Органическое движение в его связи с обменом веществ». Открыв закон сохранения
энергии, Майер с необходимостью пришел к выводу о том, что следует отказаться от
идеи теплорода. Надо сказать, что долгое время работы Майера и его открытие оста-
вались незамеченными. Честь открытия закона сохранения и превращения энергии
приписывали Джоулю, а затем - Гельмгольцу. Лишь в 50-х - 60-х гг. XIX в. был
признан приоритет Майера.
Чрезвычайно важными для установления закона сохранения энергии были
эксперименты английского физика Джеймса Прескотта Джоуля (1818-1889).
В 1841 г. он открыл закон, получивший впоследствии имя Джоуля-Ленца:
количество тепла, выделяемого в проводнике при прохождении по нему
электрического тока, пропорционально силе тока и сопротивлению проводника. Он
исследовал также тепловые явления при сжатии и расширении газа. Теплоту
рассматривал как результат движения частиц, составляющих тела. В 1843 г. Джоуль
проводил эксперименты, из которых следовало, что теплоту можно получить за счет
механической работы и обратно - работу за счет тепла. По результатам экспериментов
он определил механический эквивалент теплоты. Он писал: «Количество тепла,
способное увеличить температуру одного фунта воды на один градус Фаренгейта,
равно и может быть превращено в механическую силу (энергию), которая в
состоянии поднять 838 фунтов на высоту в 1 фут». Этим Джоуль дал опытное
доказательство закона сохранения и превращения энергии. По современным понятиям
1 ккал эквивалентна 427 кГм работы.
В 1847 г. закон сохранения и превращения энергии независимо сформулировал и
математически обосновал Герман Гельмгольц в работе «О сохранении силы». Он
отмечал всеобщий характер этого закона, которому подчиняются механические,
тепловые, электрические, физиологические и другие процессы. Таким образом, был
сделан важный вывод, что все виды движений и взаимодействий энергетически
эквивалентны. Другими словами, превращения претерпевают виды движения, а их
общая мера - энергия - сохраняется. Закон сохранения и превращения энергии
воспринимался физиками XIX в. как воплощение единства и упорядоченности
природы.
Из энергетической эквивалентности механической работы и теплоты следует,
что количество теплоты может измеряться в тех же единицах, что и работа. Однако
при господстве теории теплорода количество теплоты измерялось с помощью особой
единицы - калории. Калория - внесистемная единица. Однако используется
международная килокалория, которая, по определению, содержит 4,1868 кило-
джоулей. Тысячную долю этой величины называют калорией.
После открытия закона сохранения и превращения энергии стало ясно, что
теплота как-то связана с движением мельчайших частиц вещества. Поэтому вновь
начал возникать интерес к молекулярно-кинетическим представлениям.
Do'stlaringiz bilan baham: |